A vas közvetlen redukciója

A vas közvetlen redukciója a vas redukciója vasércből  vagy pelletekből gázok ( CO, H 2 , NH 3 ), szilárd szén , gázok és szilárd szén együttes felhasználásával. Az eljárás 1000 °C körüli hőmérsékleten zajlik, amelynél az érc hulladékkőzet nem salakosodik , a szennyeződések ( Si , Mn , P , S ) nem regenerálódnak, a fém pedig tiszta [1] . A szakirodalomban a következő kifejezések is megtalálhatók: ércek fémezése (részleges fémezése), vas közvetlen előállítása, nem domén (nem tartomány) vaskohászat, kokszmentes vaskohászat [2] . Az eljárás termékét direkt redukciós vasnak (DRI az angolból.  Direct Redduct iron ) nevezik.

Történelem

A Szovjetunióban az 1950 -es évek óta történtek kísérletek a nagyolvasztó eljárás megkerülésével acél előállítására [3] . Az 1970 -es években megjelent a vas ipari előállítása közvetlenül ércből, a nagyolvasztó (kokszos) eljárás megkerülésével . A vas közvetlen redukciójára szolgáló első berendezések nem voltak hatékonyak, és a végtermék viszonylag sok szennyeződést tartalmazott. Ennek az eljárásnak az elterjedése az 1980 -as években kezdődött, amikor a bányászati ​​és kohászati ​​komplexumban elkezdték széles körben alkalmazni a földgázt , amely kiválóan alkalmas volt a vasérc közvetlen redukciójára. Ezenkívül a vas közvetlen redukciója során a földgázon kívül lehetségesnek bizonyult a szén elgázosítási termékek (különösen a barnaszén ), a kapcsolódó olajtermelési gáz és egyéb redukáló tüzelőanyagok alkalmazása.

Az 1990- es években lezajlott technológiai változások lehetővé tették a különféle direkt vasredukciós eljárások tőke- és energiaintenzitásának jelentős csökkentését, melynek eredményeként új ugrás következett be a DRI termékek gyártásában (az angol  Direct Reduction of Iron-ból). ) [4] .

A folyamatok osztályozása

A legtöbb szakértő szerint a legelőnyösebb az előállított termék típusa szerinti osztályozás:

• részben fémezett (fémezettségi fok 30-50%) anyagok előállítása nagyolvasztókhoz;
• erősen fémezett termék előállítása (fémezettségi fok 85-95%) szilárd formában (szivacsos vas) acélolvasztó egységekben történő újraolvasztáshoz acél előállításához ;
• fémezett termék előállítása műanyag állapotban ( virágzó vas) különféle célokra, beleértve a tűzálló, gyenge és összetett ércek pirometallurgiai dúsításának egy változatát;
• folyékony fém (öntöttvas vagy intermedier) előállítása acélkemencékben történő újraolvasztáshoz [5] .

Összehasonlítás egy tartományi folyamattal

Lehetőségek gyenge minőségű vasércek feldolgozására

A nagyolvasztó eljárás biztosítja a kondicionált öntöttvas előállítását vasércekből tetszőleges vastartalmú, míg a vastartalom csak az eljárás műszaki-gazdasági mutatóit befolyásolja. A rossz ércek fémezése csak virágvas és folyékony fém kinyerésére lehet hatékony. Nem hatékony a részlegesen fémezett anyagok és a szivacsvas előállítása gyenge ércekből. Ha szegény ércekből részlegesen fémezett anyagokat nyernek, akkor több hőt kell fordítani a hulladékkő felmelegítésére, és növelni kell a redukálószer felhasználását. A több mint 2,5–3,0% hulladékkőzetet tartalmazó ércekből szivacsvas előállítása a fémes pellet olvasztása során az energiafogyasztás meredek növekedéséhez vezet a salak mennyiségének meredek növekedése miatt [5] .

Szennyező elemek jelenléte

A nagyolvasztó teljes mértékben képes biztosítani a kéntartalommal kondicionált nyersvas előállítását. A réz, foszfor, arzén eltávolítása öntöttvasból nagyolvasztóban lehetetlen. A szivacsvas előállítására szolgáló alacsony hőmérsékletű eljárások nem biztosítják a kapcsolódó elemek eltávolítását, vagyis az eredeti ércben jelen lévő összes kapcsolódó elem a szivacsvasban marad, és belép az acélgyártó egységbe. Ugyanez vonatkozik a bloomery metal előállítására is (itt bizonyos mértékű kéneltávolítás lehetséges). A folyékony fém megszerzése lehetővé teszi az illékony elemek (cink, alkálifémek) eltávolítását a folyamatból, a kén, arzén és foszfor eltávolításának mértéke pedig a folyamat módjától függ [6] .

Az érc fizikai tulajdonságai

A nagyolvasztóban kizárólag csomós vasércet dolgoznak fel, a darabok mérete nem lehet kisebb 3-5 mm-nél. Ezért van szükség az ércek agglomerációs folyamatára. Ez a követelmény továbbra is kötelező a szivacs és a vasaló aknás és forgókemencében történő előállítására. A zúzott ércek alacsony hőmérsékletű fémezése speciális egységekben (például fluidágyas berendezésekben) lehetséges. A folyékony fémek tartományon kívüli előállításának legtöbb módszerénél az ércdarabok mérete nem számít, ezért lehetséges a kis ércek drága agglomerációs folyamatainak kizárása a kohászati ​​szakaszból [7] .

Hiánymentes üzemanyagok használata

A modern nagyolvasztók csak kohászati ​​kokszot használnak tüzelőanyagként . Ez mindenekelőtt a koksz nagy szilárdsági tulajdonságainak köszönhető, amelyek magas hőmérsékleten megmaradnak. A jelenleg ismert (2007-es) szilárd tüzelőanyag-típusok egyike sem versenyezhet ebben a tekintetben a koksszal. A vaskohászat legtöbb ismert módszere és technológiája nem igényli a koksz töltéskomponens alkalmazását. Különféle módon nyert redukáló gázok (elsősorban szivacsvas előállítása során), nem hiányzó szénfajták, barnaszén és termékeik, olajtermékek stb. használhatók [7]

Az energia új formáinak felhasználása

Annak ellenére, hogy a plazma, a nukleáris és más új energiaforrások nagyolvasztógyártáshoz való felhasználása nem kizárt, használatuk legnagyobb hatása a nem tartományi fémgyártásban figyelhető meg. Ez növeli az új technológiák esélyét, hogy a jövőben versenyezzenek a nagyolvasztó eljárással [8] .

Technológia

A szivacsvas előállítási eljárásait mérsékelt hőmérsékleten, gáz- vagy szilárd halmazállapotú redukálószerrel hajtják végre különböző egységekben: aknában, csőben, alagútban, tokos , reverberációs , elektromos fűtőkemencékben, szakaszos retortákban, szállítógépekben, fluidágyas reaktorokban stb. ezek az egységek komplexekbe kapcsolódnak, amelyekben leggyakrabban elektromos kemencével (elektromos nagyolvasztó vagy ív ) kombinálják őket, hogy folyékony fémet (öntöttvas és acél ) állítsanak elő. Leggyakrabban a szivacsvasat nagy tisztaságú adalékanyagként használják acélhulladékhoz . A szivacsvas iránti kereslet a legstabilabb azokban az országokban figyelhető meg, ahol a kohógyártási kapacitások és az acélhulladék-ellátás nem elegendő.

A szivacsvas gyártására szolgáló működő, épülő és projektüzemekben alkalmazott fő eljárások az aknakemencéket és szakaszos retortákat alkalmazó eljárások. A forgókemencéket és szilárd redukálószert alkalmazó eljárások ipari alkalmazásra találnak, főként kohászati ​​hulladékok - por és iszap, amelyek cink-, ólom- stb. szennyeződéseket, valamint összetett (titánban, krómban, nikkelben gazdag) vasércek feldolgozásában. , mangán stb.), nem alkalmas nagyolvasztókban való használatra. A fluidágyas eljárások kevésbé elterjedtek számos sajátosság miatt (a részecskeméret-eloszlásra vonatkozó szigorú követelmények , a fluidágy létezésére vonatkozó gázdinamikai korlátozások, hőmérsékleti viszonyok stb.).

Az aknakemencékben a fémezési folyamatok sok tekintetben hasonlóak a nagyolvasztó aknájában a mérsékelt hőmérsékletek tartományában lezajló folyamatokhoz. Vannak azonban jelentős különbségek: az aknakemencében nincs koksz; a hidrogén fontos szerepet játszik a vas-oxidok redukciójában; a redukáló gáz az egyetlen hőforrás, amely biztosítja a folyamat összes hőszükségletét.

A redukciós folyamat során a pelleteket megpörkölik és aknás kemencében hidrogént tartalmazó forró gáz (szilárd tüzelőanyag) konverziós termékekkel kezelik . A hidrogén könnyen redukálja a vasat :

nem szennyezi be a vasat olyan szennyeződésekkel, mint a kén és a foszfor , amelyek a szén gyakori szennyeződései . A vasat szilárd formában nyerik, majd elektromos kemencékben megolvasztják. Ahhoz, hogy egy tonna vasat ércből közvetlen redukcióval nyerjünk, körülbelül 1000 m 3 hidrogént kell elkölteni.

A vas közvetlen redukciójának folyamata lényegében a vas kinyerése az ércekből , a nagyolvasztó folyamat megkerülésével , vagyis a koksz nem vesz részt a folyamatban.

A legérettebb és legelterjedtebb eljárás a Midrex eljárás . Az Oskol Elektrometallurgiai Üzemben 1983 óta a Midrex fémezési eljárás négy modulja üzemel, összesen évi 1700 ezer tonna fémezett pellet kapacitással . Minden modul a következőket tartalmazza: tengelyfémező kemence , reformer (földgáz konverziós reaktor); inert gáz előállító rendszer; aspirációs rendszer. A vízgazdálkodási rendszer, a gyertya, a vezérlőterem és a tápegység mindegyik modulpárnál közös.

A fémezéshez használt aknákemence egy betöltő (köztes) garatból áll; felső dinamikus kapu rakodóelosztóval és rakodócsövekkel; helyreállítási zónák; közbenső zóna; hűtőzónák; tűzálló bélés; állandó etetők; alsó dinamikus redőny és inga adagoló (a késztermék kirakására) [9] .

Közvetlen redukciós termékek

Szivacsvas

A szivacsvas olyan termék, amelyet a vasérc anyagának 1000-1200 °C alatti hőmérsékleten történő megolvadása nélkül történő redukálásával nyernek. Az alapanyag típusától függően a szivacsvas porózus redukált ércdarabok (ritkán) szinter ) vagy pellet, és bizonyos esetekben - fémpor. Mivel a redukció során az anyag térfogatváltozásai viszonylag kicsik, a szivacsvas sűrűsége kisebb, mint a nyersanyag sűrűsége, és a porozitás nagy. A csomós szivacsvas látszólagos sűrűsége általában 2-4 g/cm 3 , porozitása 50-80%.

A finom érc, vízkő vagy koncentrátum fix ágyban történő redukálására szolgáló egyes eljárásokban (például a Hoganes-eljárásban) a kiindulási poranyagot egyidejűleg szinterelik. A kapott brikett sűrűsége bizonyos mértékig függ a redukciós hőmérséklettől. A szivacsvas kis sűrűsége miatt ömlesztett tömege kisebb, mint a selejteké, ami esetenként az olvasztás előtti brikettálás (préselés) szükségességéhez vezet. A brikettálás különböző típusú préseken történik 1-3 tf/cm 2 fajlagos nyomáson ; miközben a brikett sűrűsége eléri az 5 g/cm 3 -t .

A szivacsvas magasan fejlett felülete és nagy kommunikáló porozitása kedvezőtlen légköri viszonyok között, tárolás és szállítás során megnövekedett oxidálhatóságát okozza, bár a rendelkezésre álló adatok ellentmondásosak. A brikettálás csökkenti az oxidációt.

A szivacsvas kémiai összetételét elsősorban az alapanyag összetétele határozza meg. A fémhulladékhoz képest sokkal tisztább a színesfém- szennyeződések tartalmát tekintve . Hulladékkőzettartalma benne a redukció mértékével arányosan magasabb, mint az eredeti ércben. Általában gazdag ércek vagy koncentrátumok szolgálnak nyersanyagként, ezért a szivacsvasat nem vetik alá további tisztításnak, és tartalmazza az alapanyag hulladékkőzetének összes szennyeződését. Amikor rossz alapanyagokból szivacsvasat kapunk, azt mágneses elválasztással dúsítják .

A szivacsvasat acél olvasztására (főleg elektromos kemencékben), réz karburálására (kénsavoldatokból történő kicsapására) és vaspor előállítására használják.

Metalizált töltés

A fémezett töltet egy részben redukált vasérc nyersanyag, amelyet nagyolvasztóban és oxigénkonverterekben használnak az olvadék hűtésére (érc és törmelék helyett). A fémezett töltet visszanyerési foka általában nem haladja meg a 80%-ot, míg a szivacsvas esetében leggyakrabban nem esik 90% alá.

Flash vas

A most előállított virágos vas különbözik a virágzó vastól, amelyet több évszázaddal ezelőtt virágos kovácsművekben kaptak nagy darabok formájában, és közvetlenül termékekké kovácsoltak. A forró vasat jelenleg cső alakú forgókemencékben állítják elő gyenge vas- és vas-nikkelércekből 1100-1200°C-on redukálva. Ez egy meglehetősen kicsi (1-15 mm méretű) fémrészecskék mechanikai szennyeződésekkel és salakzárványokkal . A salakszennyeződések mennyisége az őrlési sématól és a közbenső termék mágneses elválasztásától függően 10-25%. A króm-nikkel ércek feldolgozásakor a keletkező virágzás nikkelt tartalmaz. Általában a kritz magas foszfor- és kéntartalommal is rendelkezik. A kritsát általában nagyolvasztókban, egyes országokban pedig elektromos kemencékben használják acél vagy vas- nikkel olvasztására .

Öntöttvas vagy szén köztes

A nyersvas vagy szén félkész termékeket rotációs kemencékben vagy a redukciós kemencéhez közvetlenül kapcsolódó elektromos kemencékben állítják elő, ahol a redukálószer szilárd tüzelőanyag. A nem tartományi módszerekkel nyert öntöttvas nem különbözik a közönséges nagyolvasztó kemencétől ; bizonyos esetekben olyan félkész terméket állítanak elő, amelynek bizonyos szennyeződései alacsonyabbak, mint az öntöttvasban. A nyersvas és félkész termékek acéllá történő újraelosztása az ismert acélkohó egységekben nehézség nélkül, a félkész termékek esetében valamivel alacsonyabb költséggel történik, mint a nagyolvasztós nyersvas újraelosztása [ 10] .

A gyakorlatban megvalósított folyamatok és azok aggregátumai

Gázvisszanyerés

• Nyersanyagok (Oxidált pellet és csomós érc) → Aknakemencék (Purofer, Midrex, Arex, Hyl III, Hyl ZR)
• Nyersanyagok (oxidált pelletek és rögdarabkák) → Retorták (Hyl I)
• Nyersanyagok (finomérc, hulladék) → Fluidágyas reaktorok (Fior, Finmet, Cincored, Spirex, Iron Carbide)

Faszén visszanyerés

• Csőkemencék (OSI, TDR, DRC, Ghaem, SL/RN, Jindal, Siil, Codir)
• Forgó kandalló kemencék (Comet, Fastmet, Inmetco, Dry Iron, Iron Dynamics)
• Fluidágyas reaktor (Circofer)
• Több kandallós forgó kemence (Primus)

• Olvadásgenerátoros eljárások ( Corex , Finex)
• Nedvesfürdős eljárások (DIOS, Romelt (más néven IPL eljárás), Hismelt, AusIron, Tecnored, AISI Direct, Ironmaking, CCF)
• Sugárkibocsátási folyamatok (IRSID, BISRA, SER)

• Dored, Krupp-Renn, Ecketorp-Wallack, Boucher-módszer, Kawasaki fluidizált salakágyas eljárás, COIN [12]

Lásd még

• Melegen brikettált vas
• Oskol Elektrometallurgiai Üzem

Linkek

• Nagy Olaj- és Gázenciklopédia

Jegyzetek

1. ↑ Yusfin, 1994 , p. 178.
2. ↑ Juszfin, Pashkov, 2007 , p. 5-6.
3. ↑ Pegushin. A jövő küszöbén . Letöltve: 2018. október 10. Az eredetiből archiválva : 2016. augusztus 16.. (határozatlan)
4. ↑ Yusfin, 1994 , p. 4-5.
5. ↑ 1 2 Jusfin, Pashkov, 2007 , p. 7.
6. ↑ Juszfin, Pashkov, 2007 , p. 7-8.
7. ↑ 1 2 Jusfin, Pashkov, 2007 , p. nyolc.
8. ↑ Juszfin, Pashkov, 2007 , p. 8-9.
9. ↑ Yusfin, 1994 , p. 180-181.
10. ↑ Knyazev, 1972 , p. 12-13.
11. ↑ 1 2 Rybenko, 2018 , p. tizennyolc.
12. ↑ Hodosov, 2016 , p. 24.

Irodalom

• Yusfin Yu. S. , Gimmelfarb A. A. , Pashkov N. F. Új fémgyártási eljárások / lektorok:V. I. Loginov,S. E. Lazutkin. -M .: Kohászat, 1994. - 320 p. -2000 példány.  —ISBN 5-229-02229-X.
• Khodosov IE Fémezett anyagok előállítására szolgáló eljárások fejlesztése és kutatása a Kuzbass alapanyagbázis felhasználásával. A műszaki tudományok kandidátusa fokozat megszerzéséhez készült értekezés kivonata . - Novokuzetsk: kéziratként, 2016. - 164 p.
• Knyazev V. F. , Gimmelfarb A. I. , Nemenov A. M. Kokszmentes vaskohászat. - Moszkva: Kohászat, 1972. - 272 p.
• Yusfin Yu. S. , Pashkov N. F. Vaskohászat: tankönyv egyetemek számára / lektor G. N. Elansky . -M .: ICC "Akademkniga", 2007. - 464 p. -2000 példány.  —ISBN 978-5-94628-246-8.
• Rybenko IA Elméleti alapok kidolgozása és erőforrás-takarékos technológiák fejlesztése a fémek közvetlen redukciójához a modellezés és optimalizálás módszerével és műszerrendszerével. A műszaki tudományok doktora fokozat megszerzéséhez készült értekezés kivonata . - Novokuzetsk: kéziratként, 2018. - 308 p.